CN103913314A - 一种汽车自动驾驶机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车自动驾驶机器人，它包括两踏板驱动装置和一方向盘驱动装置；踏板驱动装置包括一底板，底板的侧壁内壁紧固连接一电磁铁，底板顶部紧固连接一导轨，导轨顶部滑动连接一电动缸，电动缸后部壳体连接一复位弹簧，复位弹簧另一端连接在底板的后部边缘，电动缸正对电磁铁的一侧紧固连接一吸力铁板；方向盘驱动装置包括一盘式中空电机，在盘式中空电机的转动部上紧固连接一贯穿中孔的电机转接法兰，电机转接法兰顶部紧固连接一方向盘法兰，方向盘法兰顶部紧固连接一方向盘，电机转接法兰底部紧固连接一转向柱法兰，转向柱法兰紧固连接汽车的转向柱，在盘式中空电机的外壳上设置多个支撑臂，每一支撑臂的末端设置有一吸盘。本发明可广泛应用于汽车驾驶及各种工况试验中。

Description

一种汽车自动驾驶机器人

技术领域

本发明属于自动驾驶技术领域，具体涉及一种汽车自动驾驶机器人。

背景技术

长时间驾驶车辆会使驾驶员产生疲惫感，精力无法集中，容易引发交通事故。新驾驶员经验不足，对车辆的操控不熟悉，也容易引发交通事故。此外，在汽车各种工况试验中，车速跟踪的准确性和重复性依赖于驾驶员的驾驶经验和反应速度，长时间试验会造成驾驶员反应速度变慢，从而影响试验数据的可靠性。因此，需要一种自动驾驶机器人能够代替人类完成汽车的驾驶任务。自动驾驶机器人能够将人类从驾驶任务中解脱出来，同时能够准确、可靠地操控汽车，从而降低引发交通事故的风险。在汽车试验中，自动驾驶机器人具有准确性高、重复性强的特点，从而能够保证试验数据的可靠性。

中国专利申请号为CN201110247651.7，名称为“自动驾驶机器人”的专利公开了一种由躯体部分、视觉信号采集部分、方向盘控制部分、换挡部分及驱动腿部分组成的自动驾驶机器人。所述的自动驾驶机器人采集视觉信号后，通过控制计算机控制方向盘控制部分、换挡部分及驱动腿部分能够完成踩油门、刹车、踩离合器、换挡、转方向盘等操作，在一定程度上能够代替人类完成汽车的驾驶任务。

中国专利申请号为CN201120335179.8，名称为“线盘式汽车试验驾驶机器人”的专利公开了一种由固定底板、转动底板、结构相似的离合器机械腿、制动器机械腿和油门机械腿及换挡机械手组成的汽车试验驾驶机器人。所述的驾驶机器人能够完成踩油门、刹车、踩离合器、换挡、转方向盘等操作；电力中断时，能够自动回收抬起油门踏板。

但上述专利中存在一些缺陷。首先，驾驶员无法坐在驾驶座位上，当驾驶员希望中断自动驾驶机器人的工作时，无法快速中断其动作并进行相应的操作，存在安全隐患。其次，在上述专利中，自动驾驶机器人的机械结构十分复杂，占用了很大的驾驶室空间，可承载空间有限。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种驾驶员能快速介入车辆操控且机械结构简单的自动驾驶机器人。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种汽车自动驾驶机器人，其特征在于：它包括两踏板驱动装置和一方向盘驱动装置；所述踏板驱动装置包括一带有至少一个侧壁的底板，在所述底板的一侧所述侧壁的内壁上紧固连接一电磁铁，在所述底板的顶部紧固连接一平行于所述底板侧壁的导轨，所述导轨的顶部通过若干转接板平行滑动连接一电动缸，所述电动缸的后部壳体连接一复位弹簧的一端，所述复位弹簧的另一端连接在所述底板的后部边缘上，所述电动缸正对所述电磁铁的一侧紧固连接一吸力铁板，所述吸力铁板与所述电磁铁接触；所述方向盘驱动装置包括一盘式中空电机，在所述盘式中空电机的转动部上紧固连接一贯穿其中孔的电机转接法兰，所述电机转接法兰的顶部紧固连接一方向盘法兰，所述方向盘法兰的顶部紧固连接一方向盘，所述方向盘与所述盘式中空电机同轴，所述电机转接法兰的底部紧固连接一转向柱法兰，所述转向柱法兰紧固连接汽车的转向柱，所述盘式中空电机与所述转向柱同轴，在所述盘式中空电机的外壳上设置多个支撑臂，每一所述支撑臂的末端设置有一吸盘。

所述踏板驱动装置还包括一外罩，所述外罩位于所述底板的上方并将所述导轨、电动缸、电磁铁和弹簧罩在其内，所述外罩的边缘与所述底板紧固连接。

所述电动缸的后部壳体的顶部设置有一把手。

所述外罩上开设有一使所述把手露在外罩外部的矩形长孔。

所述导轨为双轨道结构，所述转接板的两侧向下弯折呈导槽状结构，所述转接板通过底部的导槽状结构卡在所述导轨的两条轨道的外侧；所述转接板的顶部与所述电动缸紧固连接。

所述支撑臂包括一固定杆，所述固定杆的两端分别紧固连接一第一转接球，两所述第一转接球分别通过一转接球夹子连接一第二转接球，其中一所述第二转接球紧固连接在所述盘式中空电机的外壳上，另一所述第二转接球与所述吸盘紧固连接。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用模块式设计，将驾驶机器人设计成两个踏板驱动装置和一个方向盘驱动装置，具有布置灵活，安装方便的优点，并且机械结构简单，生产成本低。2、本发明踏板驱动装置在电动缸上设置吸力铁板，在底板侧壁上设置电磁铁，因此能够实现快速切换，即能够迅速使电动缸进入/离开对踏板的驱动状态，实现人的快速介入。3、本发明方向盘驱动装置采用盘式中空电机实现对方向盘的驱动，不仅具有较高的精度和响应速度，也能够通过断电的方式解除其对方向盘的控制，以实现人的快速介入。本发明可广泛应用于汽车驾驶及各种工况试验中。

附图说明

图1是本发明踏板驱动模块主视示意图；

图2是本发明踏板驱动模块俯视示意图；

图3是本发明踏板驱动模块右视示意图；

图4是本发明方向盘驱动模块主视示意图；

图5是本发明方向盘驱动模块俯视示意图；

图6是本发明控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明包括两踏板驱动装置和一方向盘驱动装置。两踏板驱动装置结构相同，其一个用于驱动加速踏板做往复运动，另一个用于驱动制动踏板做往复运动；方向盘驱动装置用于驱动方向盘做周向运动，进而实现对两踏板和方向盘的自动控制。

如图1～3所示，本发明的踏板驱动装置包括一带有至少一个侧壁的底板1，在底板1的一侧侧壁的内壁上紧固连接一电磁铁2，在底板1的顶部紧固连接一平行于底板1侧壁的导轨3，导轨3的顶部通过若干转接板4平行滑动连接一电动缸5，电动缸5的后部壳体连接一复位弹簧6的一端，复位弹簧6的另一端连接在底板1的后部边缘上。电动缸5正对电磁铁2的一侧侧壁上紧固连接一吸力铁板7，吸力铁板7与电磁铁2接触。

如图4、图5所示，本发明的方向盘驱动装置包括一盘式中空电机8，在盘式中空电机8的转动部上紧固连接一贯穿其中孔的电机转接法兰9。电机转接法兰9的顶部紧固连接一方向盘法兰10，方向盘法兰10的顶部紧固连接一方向盘11，方向盘11与盘式中空电机8同轴。电机转接法兰9的底部紧固连接一转向柱法兰12，转向柱法兰12紧固连接汽车的转向柱13，且盘式中空电机8与转向柱13同轴。在盘式中空电机8的外壳上设置多个支撑臂14，每一支撑臂14的末端设置有一吸盘15。

上述实施例中，踏板驱动装置可以设置一外罩16，外罩16位于底板1的上方并将导轨3、电动缸5、电磁铁2和复位弹簧6罩在其内，外罩16的边缘与底板1紧固连接。

上述实施例中，电动缸5后部壳体的顶部可以设置一把手17，便于将电动缸5推至导轨的前端使其处于自动驾驶工作状态，当踏板驱动装置设置有外罩16时，可以在外罩16上开设一使把手17露在外罩17外部的矩形长孔。

上述实施例中，导轨3为双轨道结构，转接板4两侧向下弯折呈导槽状结构，转接板4通过底部的导槽状结构卡在导轨3的两条轨道外侧，转接板4的顶部与电动缸5紧固连接。

上述实施例中，支撑臂14可以包括一固定杆18，固定杆18的两端分别紧固连接一转接球19、20，两转接球19、20分别通过一转接球夹子21、22连接另一转接球23、24，其中一转接球23紧固连接在盘式中空电机8的外壳上，另一转接球24与吸盘15紧固连接。

本发明的踏板驱动装置在使用前，需将底板1紧固连接在车厢地板上，并且在踏25板的下边缘加焊一踏板挡板26。踏板驱动装置开始工作前，先将电动缸5推到导轨3最前端，电磁铁2通电后吸合吸力铁板7，从而将电动缸5固定在工作位置，电动缸推杆未推出时应刚好接触到踏板挡板26。踏板驱动装置开始工作时，可控制电动缸推杆做往复直线运动。电动缸推杆向前运动推动踏板挡板26向前，完成踩下踏板动作；电动缸推杆向后运动，踏板25在自身弹簧力的作用下回位，完成抬起踏板动作。紧急情况下，电磁铁2断电后失去吸力释放吸力铁板7，电动缸5在回位复位弹簧6的作用下向后运动，电动缸推杆与踏板挡板26分离，踏板驱动装置失去对踏板25的控制能力，驾驶员可以迅速介入并采取相应的安全措施。

本发明的方向盘驱动装置在使用前，需将支撑臂14的末端的吸盘15吸附在汽车的风挡玻璃27上，在支撑臂14结构中多处使用转接球，使支撑臂14与风挡玻璃27的连接角度可根据需要调整，从而能避免吸盘15遮挡驾驶员视线和固定杆18长度无法调节的问题。方向盘驱动装置开始工作时，通过控制盘式中空电机8的转动角度和速度，可带动汽车的转向柱13，从而带动车轮转动。紧急情况下，盘式中空电机8断电后失去对转向柱13的控制能力，此时驾驶员可以转动方向盘11，方向盘11的转动通过方向盘法兰10、电机转接法兰9和转向柱法兰12传递给转向柱13，从而带动车轮转动，从而恢复驾驶员对车辆方向的控制能力，以应对可能发生的危险情况。

如图6所示，本发明的踏板驱动装置和方向盘驱动装置可由车载铅蓄电池供电，电源模块的逆变电源模块将车载铅蓄电池的24V直流电转换成12V直流电和220V交流电，12V直流电提供给主控制器，220V交流电提供给踏板驱动装置和方向盘驱动装置。主控制器通过上位机通讯接口或人机界面给定指令，分别向三个驱动装置发送运动脉冲信号。上位机接口为异步串行通信接口(UART232)，接收上位机指令，完成驾驶机器人的自动序列驾驶动作。人机操作界面具有控制按钮和指示灯，完成人工驾驶员现场系统初始化和紧急操作。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种汽车自动驾驶机器人，其特征在于：它包括两踏板驱动装置和一方向盘驱动装置；

所述踏板驱动装置包括一带有至少一个侧壁的底板，在所述底板的一侧所述侧壁的内壁上紧固连接一电磁铁，在所述底板的顶部紧固连接一平行于所述底板侧壁的导轨，所述导轨的顶部通过若干转接板平行滑动连接一电动缸，所述电动缸的后部壳体连接一复位弹簧的一端，所述复位弹簧的另一端连接在所述底板的后部边缘上，所述电动缸正对所述电磁铁的一侧紧固连接一吸力铁板，所述吸力铁板与所述电磁铁接触；

所述方向盘驱动装置包括一盘式中空电机，在所述盘式中空电机的转动部上紧固连接一贯穿其中孔的电机转接法兰，所述电机转接法兰的顶部紧固连接一方向盘法兰，所述方向盘法兰的顶部紧固连接一方向盘，所述方向盘与所述盘式中空电机同轴，所述电机转接法兰的底部紧固连接一转向柱法兰，所述转向柱法兰紧固连接汽车的转向柱，所述盘式中空电机与所述转向柱同轴，在所述盘式中空电机的外壳上设置多个支撑臂，每一所述支撑臂的末端设置有一吸盘。

2.如权利要求1所述的一种汽车自动驾驶机器人，其特征在于：所述踏板驱动装置还包括一外罩，所述外罩位于所述底板的上方并将所述导轨、电动缸、电磁铁和弹簧罩在其内，所述外罩的边缘与所述底板紧固连接。

3.如权利要求1所述的一种汽车自动驾驶机器人，其特征在于：所述电动缸的后部壳体的顶部设置有一把手。

4.如权利要求2所述的一种汽车自动驾驶机器人，其特征在于：所述电动缸的后部壳体的顶部设置有一把手；所述外罩上开设有一使所述把手露在外罩外部的矩形长孔。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种汽车自动驾驶机器人，其特征在于：所述导轨为双轨道结构，所述转接板的两侧向下弯折呈导槽状结构，所述转接板通过底部的导槽状结构卡在所述导轨的两条轨道的外侧；所述转接板的顶部与所述电动缸紧固连接。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种汽车自动驾驶机器人，其特征在于：所述支撑臂包括一固定杆，所述固定杆的两端分别紧固连接一第一转接球，两所述第一转接球分别通过一转接球夹子连接一第二转接球，其中一所述第二转接球紧固连接在所述盘式中空电机的外壳上，另一所述第二转接球与所述吸盘紧固连接。

7.如权利要求5所述的一种汽车自动驾驶机器人，其特征在于：所述支撑臂包括一固定杆，所述固定杆的两端分别紧固连接一第一转接球，两所述第一转接球分别通过一转接球夹子连接一第二转接球，其中一所述第二转接球紧固连接在所述盘式中空电机的外壳上，另一所述第二转接球与所述吸盘紧固连接。